JP7247892B2 - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Description

本開示は、炭化珪素半導体装置に関する。本出願は、2017年12月15日に出願した日本特許出願である特願2017-240856号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 The present disclosure relates to silicon carbide semiconductor devices. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-240856 filed on December 15, 2017. All the contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.

国際公開2013/035818号(特許文献1)には、トレンチゲート型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が記載されている。当該IGBTにおいては、トレンチゲート用のゲート電極と導通されたゲートランナーが設けられている。 International Publication No. 2013/035818 (Patent Document 1) describes a trench gate type IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The IGBT is provided with a gate runner electrically connected to the gate electrode for the trench gate.

国際公開2013/035818号WO2013/035818

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、第1ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、ゲートランナーとを備えている。炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対側の第2主面とを有する。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1不純物領域から隔てられるように第2不純物領域上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域とを含んでいる。第1主面には、ゲート電極トレンチと、ゲートランナートレンチとが設けられている。ゲート電極トレンチは、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面は、第1不純物領域と、第2不純物領域と、第3不純物領域とにより構成されている。底面は、第1不純物領域により構成されている。ゲート絶縁膜は、側面および底面の双方に接する。第1ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に設けられている。第2ゲート電極は、ゲートランナートレンチ内に設けられ、かつ第1ゲート電極と電気的に接続されている。第1電極は、第1主面において、第3不純物領域に接する。第2電極は、第2主面に接する。ゲートランナーは、第2ゲート電極上に設けられている。 A silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure includes a silicon carbide substrate, a gate insulating film, a first gate electrode, a first electrode, a second electrode, and gate runners. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and separated from the first impurity region. and a third impurity region having the first conductivity type provided on the second impurity region such that the third impurity region has the first conductivity type. A gate electrode trench and a gate runner trench are provided on the first main surface. The gate electrode trench is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. The side surface is composed of a first impurity region, a second impurity region, and a third impurity region. The bottom surface is composed of the first impurity region. The gate insulating film contacts both the side surfaces and the bottom surface. The first gate electrode is provided on the gate insulating film. A second gate electrode is provided in the gate runner trench and electrically connected to the first gate electrode. The first electrode is in contact with the third impurity region on the first main surface. The second electrode contacts the second main surface. A gate runner is provided on the second gate electrode.

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、第1ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、ゲートランナーとを備えている。炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対側の第2主面とを有する。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1不純物領域から隔てられるように第2不純物領域上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域とを含んでいる。第1主面には、ゲート電極トレンチと、ゲートランナートレンチとが設けられている。ゲート電極トレンチは、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面は、第1不純物領域と、第2不純物領域と、第3不純物領域とにより構成されている。底面は、第1不純物領域により構成されている。ゲート絶縁膜は、側面および底面の双方に接する。第1ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に設けられている。第2ゲート電極は、ゲートランナートレンチ内に設けられ、かつ第1ゲート電極と電気的に接続されている。第1電極は、第1主面において、第3不純物領域に接する。第2電極は、第2主面に接する。ゲートランナーは、第2ゲート電極上に設けられている。炭化珪素基板は、ゲートランナートレンチと第2主面との間にあり、第2導電型を有し、かつゲートランナートレンチに接している第4不純物領域を含んでいる。 A silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure includes a silicon carbide substrate, a gate insulating film, a first gate electrode, a first electrode, a second electrode, and gate runners. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and separated from the first impurity region. and a third impurity region having the first conductivity type provided on the second impurity region such that the third impurity region has the first conductivity type. A gate electrode trench and a gate runner trench are provided on the first main surface. The gate electrode trench is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. The side surface is composed of a first impurity region, a second impurity region, and a third impurity region. The bottom surface is composed of the first impurity region. The gate insulating film contacts both the side surfaces and the bottom surface. The first gate electrode is provided on the gate insulating film. A second gate electrode is provided in the gate runner trench and electrically connected to the first gate electrode. The first electrode is in contact with the third impurity region on the first main surface. The second electrode contacts the second main surface. A gate runner is provided on the second gate electrode. The silicon carbide substrate is between the gate runner trench and the second main surface and includes a fourth impurity region having the second conductivity type and being in contact with the gate runner trench.

本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、第1ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、ゲートランナーとを備えている。炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対側の第2主面とを有する。炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、第1不純物領域上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、第1不純物領域から隔てられるように第2不純物領域上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域と、第2不純物領域上に設けられ、第2導電型を有し、かつ第2不純物領域よりも高い不純物濃度を有する第5不純物領域とを含んでいる。第1主面には、ゲート電極トレンチと、ゲートランナートレンチとが設けられている。ゲート電極トレンチは、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面は、第1不純物領域と、第2不純物領域と、第3不純物領域とにより構成されている。底面は、第1不純物領域により構成されている。ゲート絶縁膜は、側面および底面の双方に接する。第1ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に設けられている。第2ゲート電極は、ゲートランナートレンチ内に設けられ、かつ第1ゲート電極と電気的に接続されている。第1電極は、第1主面において、第3不純物領域に接する。第2電極は、第2主面に接する。ゲートランナーは、第2ゲート電極上に設けられている。 A silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure includes a silicon carbide substrate, a gate insulating film, a first gate electrode, a first electrode, a second electrode, and gate runners. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, a second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and separated from the first impurity region. and a third impurity region having the first conductivity type provided on the second impurity region such that the third impurity region has the second conductivity type and is higher than the second impurity region. and a fifth impurity region having an impurity concentration. A gate electrode trench and a gate runner trench are provided on the first main surface. The gate electrode trench is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. The side surface is composed of a first impurity region, a second impurity region, and a third impurity region. The bottom surface is composed of the first impurity region. The gate insulating film contacts both the side surfaces and the bottom surface. The first gate electrode is provided on the gate insulating film. A second gate electrode is provided in the gate runner trench and electrically connected to the first gate electrode. The first electrode is in contact with the third impurity region on the first main surface. The second electrode contacts the second main surface. A gate runner is provided on the second gate electrode.

図1は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図であり、図2のI-I線に沿った矢視断面模式図に対応する。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, and corresponds to the schematic cross-sectional view taken along line II in FIG. 図2は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す平面模式図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 図3は、図3は、図2の領域IIIにおけるゲート電極トレンチおよびゲートランナートレンチの構成を示す平面模式図である。3 is a schematic plan view showing the configuration of the gate electrode trenches and the gate runner trenches in region III of FIG. 2. FIG. 図4は、図3のIV-IV線に沿った矢視断面模式図である。4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3. FIG. 図5は、図2のV-V線に沿った矢視断面模式図である。5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG. 2. FIG. 図6は、第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. 図7は、第3実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment.

[本開示の実施形態の概要]
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。
[Outline of Embodiment of Present Disclosure]
First, an outline of an embodiment of the present disclosure will be described.

ゲートランナーは、主にゲート電極に対してゲート信号を伝達する役割をはたしている。通常、ゲートランナーは、ゲート酸化膜を介して炭化珪素基板上に設けられたゲート電極の上に配置される。一方、ソースパッドは、絶縁層を介することなく炭化珪素基板の表面上に配置される。そのため、ゲートランナーの表面の位置は、ゲート酸化膜とゲート電極の分だけソースパッドの表面の位置よりも高くなる。たとえばソースパッドに対してワイヤーボンディングを行う際に、ワイヤーがソースパッドよりも突出しているゲートランナーに接触することがある。ワイヤーがゲートランナーに接触すると、ゲートランナーに衝撃が加えられ、ゲートランナーに亀裂が生じることがある。 A gate runner mainly plays a role of transmitting a gate signal to a gate electrode. A gate runner is usually arranged over a gate electrode provided on a silicon carbide substrate with a gate oxide film interposed therebetween. On the other hand, the source pad is arranged on the surface of the silicon carbide substrate without the insulating layer interposed therebetween. Therefore, the position of the surface of the gate runner is higher than the position of the surface of the source pad by the amount of the gate oxide film and the gate electrode. For example, when performing wire bonding to the source pad, the wire may come into contact with the gate runner protruding from the source pad. When the wire contacts the gate runner, an impact is applied to the gate runner and the gate runner may crack.

(1)本開示に係る炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜51と、第1ゲート電極41と、第1電極26と、第2電極60と、ゲートランナー53とを備えている。炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1の反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域11と、第1不純物領域11上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域12と、第1不純物領域11から隔てられるように第2不純物領域12上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域13とを含んでいる。第1主面1には、ゲート電極トレンチ23と、ゲートランナートレンチ33とが設けられている。ゲート電極トレンチ23は、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面21は、第1不純物領域11と、第2不純物領域12と、第3不純物領域13とにより構成されている。底面22は、第1不純物領域11により構成されている。ゲート絶縁膜51は、側面21および底面22の双方に接する。第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられ、かつ第1ゲート電極41と電気的に接続されている。第1電極26は、第1主面1において、第3不純物領域13に接する。第2電極60は、第2主面2に接する。ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。 (1) Silicon carbide semiconductor device 100 according to the present disclosure includes silicon carbide substrate 10 , gate insulating film 51 , first gate electrode 41 , first electrode 26 , second electrode 60 , and gate runner 53 . I have. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 1 and a second main surface 2 opposite to first main surface 1 . Silicon carbide substrate 10 includes first impurity region 11 having a first conductivity type, second impurity region 12 provided on first impurity region 11 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and first impurity region 12 having a second conductivity type different from the first conductivity type. A third impurity region 13 having the first conductivity type is provided on the second impurity region 12 so as to be separated from the impurity region 11 . A gate electrode trench 23 and a gate runner trench 33 are provided in the first main surface 1 . The gate electrode trench 23 is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. Side surface 21 is composed of first impurity region 11 , second impurity region 12 , and third impurity region 13 . The bottom surface 22 is composed of the first impurity region 11 . Gate insulating film 51 is in contact with both side surface 21 and bottom surface 22 . The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 and electrically connected to the first gate electrode 41 . First electrode 26 is in contact with third impurity region 13 on first main surface 1 . The second electrode 60 contacts the second main surface 2 . A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 .

上記(1)に係る炭化珪素半導体装置100においては、第1主面1には、ゲート電極トレンチ23と、ゲートランナートレンチ33とが設けられている。ゲート電極トレンチ23は、側面21と、側面21に連なる底面22とにより規定されている。ゲート絶縁膜51は、側面21および底面22の双方に接する。第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられ、かつ第1ゲート電極41と電気的に接続されている。ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。これにより、第1主面1にゲートランナートレンチ33が設けられていない場合と比較して、ゲートランナー53の高さを低くすることができる。そのため、たとえばワイヤーなどの外部配線をソースパッドに接続する際に、外部配線がゲートランナー53に接触して、ゲートランナー53に衝撃が加えられる可能性を低減することができる。結果として、ゲートランナー53に亀裂が生じることを抑制することができる。 In silicon carbide semiconductor device 100 according to (1) above, first main surface 1 is provided with gate electrode trench 23 and gate runner trench 33 . The gate electrode trench 23 is defined by a side surface 21 and a bottom surface 22 continuous with the side surface 21 . Gate insulating film 51 is in contact with both side surface 21 and bottom surface 22 . The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 and electrically connected to the first gate electrode 41 . A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 . Thereby, the height of the gate runners 53 can be reduced compared to the case where the gate runner trenches 33 are not provided in the first main surface 1 . Therefore, when an external wiring such as a wire is connected to the source pad, the possibility that the external wiring contacts gate runner 53 and impacts gate runner 53 can be reduced. As a result, cracks in the gate runners 53 can be suppressed.

(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置100によれば、第2主面2に対して垂直な方向において、第2ゲート電極42とゲートランナー53との境界は、第1主面1と第2主面2との間にあってもよい。これにより、ゲートランナー53の高さをさらに低減することができる。そのため、ゲートランナー53に亀裂が生じることをさらに抑制することができる。 (2) According to silicon carbide semiconductor device 100 according to (1) above, in the direction perpendicular to second main surface 2 , the boundary between second gate electrode 42 and gate runner 53 is located at first main surface 1 and the second main surface 2 . Thereby, the height of the gate runner 53 can be further reduced. Therefore, cracks in the gate runners 53 can be further suppressed.

(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素半導体装置100において、ゲートランナートレンチ33の深さは、ゲート電極トレンチ23の深さよりも大きくてもよい。 (3) In silicon carbide semiconductor device 100 according to (1) or (2) above, the depth of gate runner trench 33 may be greater than the depth of gate electrode trench 23 .

(4)上記(1)~(3)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置100において、炭化珪素基板10は、ゲートランナートレンチ33と第2主面2との間にあり、かつ第2導電型を有する第4不純物領域14を含んでいてもよい。これにより、ゲートランナー絶縁膜52に電界が集中することを抑制することができる。そのため、ゲートランナー絶縁膜52が破壊されることを抑制することができる。 (4) In silicon carbide semiconductor device 100 according to any one of (1) to (3) above, silicon carbide substrate 10 is between gate runner trench 33 and second main surface 2 and is of the second conductivity type. may include a fourth impurity region 14 having Thereby, concentration of an electric field on the gate runner insulating film 52 can be suppressed. Therefore, breakage of the gate runner insulating film 52 can be suppressed.

(5)上記(4)に係る炭化珪素半導体装置100において、第4不純物領域14は、ゲートランナートレンチ33に接していてもよい。これにより、ゲートランナー絶縁膜52に電界が集中することをさらに抑制することができる。そのため、ゲートランナー絶縁膜52が破壊されることをさらに抑制することができる。 (5) In silicon carbide semiconductor device 100 according to (4) above, fourth impurity region 14 may be in contact with gate runner trench 33 . As a result, concentration of the electric field on the gate runner insulating film 52 can be further suppressed. Therefore, breakage of the gate runner insulating film 52 can be further suppressed.

(6)上記(1)~(5)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置100において、第3不純物領域13は、ゲートランナートレンチ33から離間していてもよい。 (6) In silicon carbide semiconductor device 100 according to any one of (1) to (5) above, third impurity region 13 may be spaced from gate runner trench 33 .

(7)上記(1)~(6)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置100において、ゲートランナートレンチ33の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナートレンチ33の幅W2は、ゲート電極トレンチ23の延在方向に対して垂直な断面におけるゲート電極トレンチ23の幅W1よりも大きくてもよい。 (7) In silicon carbide semiconductor device 100 according to any one of (1) to (6) above, width W2 of gate runner trench 33 in a cross section perpendicular to the extending direction of gate runner trench 33 is equal to the gate electrode trench It may be larger than the width W1 of the gate electrode trench 23 in the cross section perpendicular to the extending direction of 23 .

(8)上記(1)~(7)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置100において、第2ゲート電極42の延在方向に対して垂直な断面における第2ゲート電極42の幅W3は、ゲートランナー53の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナー53の幅W4よりも大きくてもよい。第2ゲート電極42の幅W3がゲートランナー53の幅W4と同じ場合、位置決めの誤差が大きいと、ゲートランナー53がゲートランナートレンチ33の外部にはみ出て第1主面1に乗り上げるおそれがある。第2ゲート電極42の幅W3をゲートランナー53の幅W4よりも大きくすることにより、位置決めの誤差がある程度大きい場合であっても、ゲートランナー53をゲートランナートレンチ33の内部に配置して、ゲートランナー53が第1主面1に乗り上げることを防止することができる。結果として、位置決めの誤差がある程度大きい場合であっても、ゲートランナー53の高さを低減することができる。 (8) In silicon carbide semiconductor device 100 according to any one of (1) to (7) above, width W3 of second gate electrode 42 in a cross section perpendicular to the extending direction of second gate electrode 42 is It may be larger than the width W4 of the gate runner 53 in the cross section perpendicular to the extending direction of the runner 53 . If the width W3 of the second gate electrode 42 is the same as the width W4 of the gate runner 53, the gate runner 53 may protrude outside the gate runner trench 33 and ride on the first main surface 1 if the positioning error is large. By making the width W3 of the second gate electrode 42 larger than the width W4 of the gate runner 53, the gate runner 53 can be arranged inside the gate runner trench 33 even if the positioning error is large to some extent. Runners 53 can be prevented from running on first main surface 1 . As a result, even if the positioning error is large to some extent, the height of the gate runner 53 can be reduced.

(9)上記(1)~(8)のいずれかに係る炭化珪素半導体装置100において、第2不純物領域13と電気的に接続されているソースパッド25をさらに備えていてもよい。ゲートランナー53は、第2主面2に対面する第3主面7と、第3主面7と反対側の第4主面5とを含んでいてもよい。ソースパッド25は、第2主面2に対面する第5主面6と、第5主面6と反対側の第6主面4とを含んでいてもよい。第2主面2に対して垂直な方向において、第4主面5と第2主面2との距離H4は、第6主面4と第2主面2との距離H5よりも短くてもよい。これにより、ゲートランナー53をソースパッド25よりも低くすることができる。そのため、たとえばワイヤーなどの外部配線をソースパッド25に接続する際に、外部配線がゲートランナー53に接触して、ゲートランナー53に衝撃が加えられる可能性をさらに低減することができる。結果として、ゲートランナー53に亀裂が生じることをさらに抑制することができる。 (9) Silicon carbide semiconductor device 100 according to any one of (1) to (8) above may further include source pad 25 electrically connected to second impurity region 13 . The gate runner 53 may include a third major surface 7 facing the second major surface 2 and a fourth major surface 5 opposite the third major surface 7 . The source pad 25 may include a fifth major surface 6 facing the second major surface 2 and a sixth major surface 4 opposite to the fifth major surface 6 . In the direction perpendicular to the second principal surface 2, the distance H4 between the fourth principal surface 5 and the second principal surface 2 may be shorter than the distance H5 between the sixth principal surface 4 and the second principal surface 2. good. This allows the gate runner 53 to be lower than the source pad 25 . Therefore, when an external wiring such as a wire is connected to source pad 25 , the possibility that the external wiring contacts gate runner 53 and impacts gate runner 53 can be further reduced. As a result, cracks in the gate runners 53 can be further suppressed.

(10)上記(1)に係る炭化珪素半導体装置100によれば、第2主面2に対して垂直な方向において、第2ゲート電極42とゲートランナー53との境界は、第1主面1と第2主面2との間にあってもよい。炭化珪素基板10は、ゲートランナートレンチ33と第2主面2との間にあり、かつ第2導電型を有する第4不純物領域14を含んでいてもよい。第2ゲート電極42の延在方向に対して垂直な断面における第2ゲート電極42の幅W3は、ゲートランナー53の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナー53の幅W4よりも大きくてもよい。炭化珪素半導体装置100は、第2不純物領域13と電気的に接続されているソースパッド25をさらに備えていてもよい。ゲートランナー53は、第2主面2に対面する第3主面7と、第3主面7と反対側の第4主面5とを含んでいてもよい。ソースパッド25は、第2主面2に対面する第5主面6と、第5主面6と反対側の第6主面4とを含んでいてもよい。第2主面2に対して垂直な方向において、第4主面5と第2主面2との距離H4は、第6主面4と第2主面2との距離H5よりも短くてもよい。 (10) According to silicon carbide semiconductor device 100 according to (1) above, in the direction perpendicular to second main surface 2 , the boundary between second gate electrode 42 and gate runner 53 is located at first main surface 1 and the second main surface 2 . Silicon carbide substrate 10 may include a fourth impurity region 14 that is between gate runner trench 33 and second main surface 2 and has the second conductivity type. A width W3 of the second gate electrode 42 in a cross section perpendicular to the extending direction of the second gate electrode 42 is larger than a width W4 of the gate runner 53 in a cross section perpendicular to the extending direction of the gate runner 53. good too. Silicon carbide semiconductor device 100 may further include a source pad 25 electrically connected to second impurity region 13 . The gate runner 53 may include a third major surface 7 facing the second major surface 2 and a fourth major surface 5 opposite the third major surface 7 . The source pad 25 may include a fifth major surface 6 facing the second major surface 2 and a sixth major surface 4 opposite to the fifth major surface 6 . In the direction perpendicular to the second principal surface 2, the distance H4 between the fourth principal surface 5 and the second principal surface 2 may be shorter than the distance H5 between the sixth principal surface 4 and the second principal surface 2. good.

(11)本開示に係る炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜51と、第1ゲート電極41と、第1電極26と、第2電極60と、ゲートランナー53とを備えている。炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1の反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域11と、第1不純物領域11上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域12と、第1不純物領域11から隔てられるように第2不純物領域12上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域13とを含んでいる。第1主面1には、ゲート電極トレンチ23と、ゲートランナートレンチ33とが設けられている。ゲート電極トレンチ23は、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面21は、第1不純物領域11と、第2不純物領域12と、第3不純物領域13とにより構成されている。底面22は、第1不純物領域11により構成されている。ゲート絶縁膜51は、側面21および底面22の双方に接する。第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられ、かつ第1ゲート電極41と電気的に接続されている。第1電極26は、第1主面1において、第3不純物領域13に接する。第2電極60は、第2主面2に接する。ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。炭化珪素基板10は、ゲートランナートレンチ33と第2主面2との間にあり、第2導電型を有し、かつゲートランナートレンチ33に接している第4不純物領域14を含んでいる。 (11) Silicon carbide semiconductor device 100 according to the present disclosure includes silicon carbide substrate 10, gate insulating film 51, first gate electrode 41, first electrode 26, second electrode 60, and gate runner 53. I have. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 1 and a second main surface 2 opposite to first main surface 1 . Silicon carbide substrate 10 includes first impurity region 11 having a first conductivity type, second impurity region 12 provided on first impurity region 11 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and first impurity region 12 having a second conductivity type different from the first conductivity type. A third impurity region 13 having the first conductivity type is provided on the second impurity region 12 so as to be separated from the impurity region 11 . A gate electrode trench 23 and a gate runner trench 33 are provided in the first main surface 1 . The gate electrode trench 23 is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. Side surface 21 is composed of first impurity region 11 , second impurity region 12 , and third impurity region 13 . The bottom surface 22 is composed of the first impurity region 11 . Gate insulating film 51 is in contact with both side surface 21 and bottom surface 22 . The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 and electrically connected to the first gate electrode 41 . First electrode 26 is in contact with third impurity region 13 on first main surface 1 . The second electrode 60 contacts the second main surface 2 . A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 . Silicon carbide substrate 10 is between gate runner trench 33 and second main surface 2 , has the second conductivity type, and includes fourth impurity region 14 in contact with gate runner trench 33 .

(12)本開示に係る炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜51と、第1ゲート電極41と、第1電極26と、第2電極60と、ゲートランナー53とを備えている。炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1の反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素基板10は、第1導電型を有する第1不純物領域11と、第1不純物領域11上に設けられ、第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域12と、第1不純物領域11から隔てられるように第2不純物領域12上に設けられ、かつ第1導電型を有する第3不純物領域13と、第2不純物領域12上に設けられ、第2導電型を有し、かつ第2不純物領域12よりも高い不純物濃度を有する第5不純物領域18とを含んでいる。第1主面1には、ゲート電極トレンチ23と、ゲートランナートレンチ33とが設けられている。ゲート電極トレンチ23は、側面と、側面に連なる底面とにより規定されている。側面21は、第1不純物領域11と、第2不純物領域12と、第3不純物領域13とにより構成されている。底面22は、第1不純物領域11により構成されている。ゲート絶縁膜51は、側面21および底面22の双方に接する。第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられ、かつ第1ゲート電極41と電気的に接続されている。第1電極26は、第1主面1において、第3不純物領域13に接する。第2電極60は、第2主面2に接する。ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。 (12) Silicon carbide semiconductor device 100 according to the present disclosure includes silicon carbide substrate 10, gate insulating film 51, first gate electrode 41, first electrode 26, second electrode 60, and gate runner 53. I have. Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 1 and a second main surface 2 opposite to first main surface 1 . Silicon carbide substrate 10 includes first impurity region 11 having a first conductivity type, second impurity region 12 provided on first impurity region 11 and having a second conductivity type different from the first conductivity type, and first impurity region 12 having a second conductivity type different from the first conductivity type. a third impurity region 13 having the first conductivity type provided on the second impurity region 12 so as to be separated from the impurity region 11, and a third impurity region 13 having the second conductivity type provided on the second impurity region 12; and a fifth impurity region 18 having an impurity concentration higher than that of the second impurity region 12 . A gate electrode trench 23 and a gate runner trench 33 are provided in the first main surface 1 . The gate electrode trench 23 is defined by side surfaces and a bottom surface continuous with the side surfaces. Side surface 21 is composed of first impurity region 11 , second impurity region 12 , and third impurity region 13 . The bottom surface 22 is composed of the first impurity region 11 . Gate insulating film 51 is in contact with both side surface 21 and bottom surface 22 . The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 and electrically connected to the first gate electrode 41 . First electrode 26 is in contact with third impurity region 13 on first main surface 1 . The second electrode 60 contacts the second main surface 2 . A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 .

[本開示の実施形態の詳細]
以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”-”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [ ], aggregated orientations by <>, individual planes by ( ), and aggregated planes by { }. In addition, the fact that the crystallographic index is negative is usually expressed by attaching a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is attached before the number. there is

(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置100の一例としてのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) as an example of silicon carbide semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described.

図1に示されるように、本実施形態に係るMOSFET100は、炭化珪素基板10と、ゲート絶縁膜51と、第1ゲート電極41と、ソース電極26(第1電極26)と、ドレイン電極60(第2電極60)と、第2ゲート電極42と、ゲートランナー53と、ゲートパッド80(図2参照)と、第1層間絶縁膜36と、第2層間絶縁膜38と、パッシベーション層34とを主に有している。炭化珪素基板10は、炭化珪素単結晶基板16と、炭化珪素単結晶基板16上にある炭化珪素エピタキシャル層17とを含む。 As shown in FIG. 1, the MOSFET 100 according to the present embodiment includes a silicon carbide substrate 10, a gate insulating film 51, a first gate electrode 41, a source electrode 26 (first electrode 26), and a drain electrode 60 ( second electrode 60), second gate electrode 42, gate runner 53, gate pad 80 (see FIG. 2), first interlayer insulating film 36, second interlayer insulating film 38, and passivation layer 34. mainly have Silicon carbide substrate 10 includes a silicon carbide single crystal substrate 16 and a silicon carbide epitaxial layer 17 on silicon carbide single crystal substrate 16 .

炭化珪素基板10は、第1主面1と、第1主面1と反対側の第2主面2とを有する。炭化珪素エピタキシャル層17は第1主面1を構成する。炭化珪素単結晶基板16は第2主面2を構成する。炭化珪素単結晶基板16および炭化珪素エピタキシャル層17は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板16は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を含みn型(第1導電型)を有する。 Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 1 and a second main surface 2 opposite to first main surface 1 . Silicon carbide epitaxial layer 17 forms first main surface 1 . Silicon carbide single crystal substrate 16 forms second main surface 2 . Silicon carbide single crystal substrate 16 and silicon carbide epitaxial layer 17 are made of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. Silicon carbide single crystal substrate 16 contains an n-type impurity such as nitrogen (N) and has n-type (first conductivity type).

第1主面1は、{0001}面または{0001}面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。好ましくは、第1主面1は、(000-1)面または(000-1)面がオフ方向に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ方向は、たとえば<11-20>方向であってもよいし、<1-100>方向であってもよい。オフ角は、たとえば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The first main surface 1 is a {0001} plane or a plane in which the {0001} plane is inclined in the off direction by an off angle of 8° or less. Preferably, the first main surface 1 is the (000-1) plane or a plane in which the (000-1) plane is inclined in the off direction by an off angle of 8° or less. The off direction may be, for example, the <11-20> direction or the <1-100> direction. The off angle may be, for example, 1° or more, or may be 2° or more. The off angle may be 6° or less, or may be 4° or less.

炭化珪素エピタキシャル層17は、ドリフト領域11(第1不純物領域11)と、ボディ領域12(第2不純物領域12)と、ソース領域13(第3不純物領域13)と、第4不純物領域14と、コンタクト領域15とを主に有する。ドリフト領域11は、たとえば窒素などのn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ドリフト領域11のn型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板16のn型不純物の濃度よりも低くてもよい。ドリフト領域11のn型不純物の濃度は、たとえば1×1014cm-3以上5×1016cm-3以下である。Silicon carbide epitaxial layer 17 includes drift region 11 (first impurity region 11), body region 12 (second impurity region 12), source region 13 (third impurity region 13), fourth impurity region 14, It mainly has a contact region 15 . Drift region 11 contains an n-type impurity such as nitrogen and has n-type conductivity. The concentration of n-type impurities in drift region 11 may be lower than the concentration of n-type impurities in silicon carbide single crystal substrate 16 . Drift region 11 has an n-type impurity concentration of, for example, 1×10 14 cm −3 or more and 5×10 16 cm −3 or less.

ボディ領域12はドリフト領域11上に設けられている。ボディ領域12は、たとえばアルミニウム(Al)などのp型不純物を含み、p型(第2導電型)の導電型を有する。ボディ領域12におけるp型不純物の濃度は、たとえばドリフト領域11のn型不純物の濃度よりも高い。ボディ領域12におけるp型不純物の濃度は、たとえば1×1016cm-3以上5×1018cm-3以下である。Body region 12 is provided on drift region 11 . Body region 12 contains a p-type impurity such as aluminum (Al) and has p-type (second conductivity type) conductivity. The concentration of p-type impurities in body region 12 is higher than the concentration of n-type impurities in drift region 11, for example. The p-type impurity concentration in body region 12 is, for example, 1×10 16 cm −3 or more and 5×10 18 cm −3 or less.

ソース領域13は、ボディ領域12によってドリフト領域11から隔てられるようにボディ領域12上に設けられている。ソース領域13は、たとえば窒素またはリン(P)などのn型不純物を含んでおり、n型の導電型を有する。ソース領域13は、第1主面1の一部を構成している。ソース領域13のn型不純物の濃度は、たとえばボディ領域12のp型不純物の濃度よりも高い。ソース領域13のn型不純物の濃度は、たとえば1×1019cm-3程度である。Source region 13 is provided on body region 12 so as to be separated from drift region 11 by body region 12 . Source region 13 contains an n-type impurity such as nitrogen or phosphorus (P), and has n-type conductivity. Source region 13 forms part of first main surface 1 . The concentration of n-type impurities in source region 13 is higher than the concentration of p-type impurities in body region 12, for example. The n-type impurity concentration of source region 13 is, for example, about 1×10 19 cm −3 .

コンタクト領域15は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。コンタクト領域15のp型不純物の濃度は、たとえばボディ領域12のp型不純物の濃度よりも高い。コンタクト領域15は、ソース領域13を貫通し、ボディ領域12に接する。コンタクト領域15は、第1主面1の一部を構成する。コンタクト領域15のp型不純物の濃度は、たとえば1×1018cm-3以上1×1020cm-3以下である。Contact region 15 contains a p-type impurity such as aluminum, and has p-type conductivity. The p-type impurity concentration of contact region 15 is higher than the p-type impurity concentration of body region 12, for example. Contact region 15 penetrates source region 13 and contacts body region 12 . Contact region 15 forms part of first main surface 1 . The p-type impurity concentration of contact region 15 is, for example, 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 20 cm −3 or less.

第1主面1には、ゲート電極トレンチ23が設けられている。ゲート電極トレンチ23は、第1側面21と第1底面22とにより規定されている。第1側面21は、ソース領域13およびボディ領域12を貫通してドリフト領域11に至る。第1底面22は、第1側面21と連なる。第1底面22は、ドリフト領域11に位置する。第1側面21は、ドリフト領域11と、ボディ領域12と、ソース領域13とにより構成されている。第1底面22は、ドリフト領域11により構成されている。 A gate electrode trench 23 is provided in the first main surface 1 . Gate electrode trench 23 is defined by first side surface 21 and first bottom surface 22 . First side surface 21 extends through source region 13 and body region 12 to drift region 11 . The first bottom surface 22 is continuous with the first side surface 21 . First bottom surface 22 is located in drift region 11 . First side surface 21 is composed of drift region 11 , body region 12 , and source region 13 . The first bottom surface 22 is configured by the drift region 11 .

第1底面22は、たとえば第2主面2と平行な平面である。第1側面21は、たとえば第1底面22に対してほぼ垂直な方向延在している。第1側面21は、ゲート電極トレンチ23の幅が第1底面22から第1主面1に向かって拡がるように、第1底面22に対して傾斜していてもよい。ゲート電極トレンチ23は、たとえば第2主面2と平行な方向に沿ってストライプ状に伸長している。ゲート電極トレンチ23は、ハニカム状に伸長していてもよいし、アイランド状に点在していてもよい。 The first bottom surface 22 is, for example, a plane parallel to the second main surface 2 . The first side surface 21 extends in a direction substantially perpendicular to the first bottom surface 22, for example. First side surface 21 may be inclined with respect to first bottom surface 22 such that the width of gate electrode trench 23 expands from first bottom surface 22 toward first main surface 1 . Gate electrode trench 23 extends, for example, in a stripe shape along a direction parallel to second main surface 2 . The gate electrode trenches 23 may extend in a honeycomb shape, or may be scattered like islands.

ゲート絶縁膜51は、たとえば酸化膜である。ゲート絶縁膜51は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜51は、第1側面21および第1底面22の双方に接する。ゲート絶縁膜51は、第1底面22においてドリフト領域11と接する。ゲート絶縁膜51は、第1側面21においてソース領域13、ボディ領域12およびドリフト領域11の各々と接する。 Gate insulating film 51 is, for example, an oxide film. Gate insulating film 51 is made of a material containing, for example, silicon dioxide. Gate insulating film 51 contacts both first side surface 21 and first bottom surface 22 . Gate insulating film 51 is in contact with drift region 11 at first bottom surface 22 . Gate insulating film 51 is in contact with each of source region 13 , body region 12 and drift region 11 at first side surface 21 .

第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第1ゲート電極41は、たとえば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。第1ゲート電極41は、たとえばゲート電極トレンチ23の内部に配置されている。ゲート絶縁膜51は、ソース領域13、ボディ領域12およびドリフト領域11の各々と、第1ゲート電極41との間に設けられている。 The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . First gate electrode 41 is made of, for example, polysilicon containing conductive impurities. First gate electrode 41 is arranged, for example, inside gate electrode trench 23 . Gate insulating film 51 is provided between each of source region 13 , body region 12 and drift region 11 and first gate electrode 41 .

第1主面1には、ゲートランナートレンチ33が設けられている。ゲートランナートレンチ33は、第2側面31と第2底面32とにより規定されている。第2側面31は、コンタクト領域15およびボディ領域12を貫通してドリフト領域11に至る。第2底面32は、第2側面31と連なる。第2底面32は、ドリフト領域11に位置する。第2側面31は、ドリフト領域11と、ボディ領域12と、コンタクト領域15とにより構成されている。第2底面32は、ドリフト領域11により構成されている。第2底面32は、たとえば第2主面2と平行な平面である。第2側面31は、たとえば第2底面32に対してほぼ垂直な方向延在している。第2側面31は、ゲートランナートレンチ33の幅が第2底面32から第1主面1に向かって拡がるように、第2底面32に対して傾斜していてもよい。ゲートランナートレンチ33は、たとえば第2主面2と平行な方向に沿ってストライプ状に伸長している。 A gate runner trench 33 is provided in the first main surface 1 . Gate runner trench 33 is defined by second side surface 31 and second bottom surface 32 . Second side surface 31 penetrates contact region 15 and body region 12 to reach drift region 11 . The second bottom surface 32 continues to the second side surface 31 . Second bottom surface 32 is located in drift region 11 . Second side surface 31 is composed of drift region 11 , body region 12 , and contact region 15 . The second bottom surface 32 is composed of the drift region 11 . The second bottom surface 32 is, for example, a plane parallel to the second main surface 2 . The second side surface 31 extends, for example, in a direction substantially perpendicular to the second bottom surface 32 . The second side surface 31 may be inclined with respect to the second bottom surface 32 so that the width of the gate runner trench 33 expands from the second bottom surface 32 toward the first main surface 1 . Gate runner trenches 33 extend, for example, in stripes along a direction parallel to second main surface 2 .

ゲートランナー絶縁膜52は、たとえば酸化膜である。ゲートランナー絶縁膜52は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲートランナー絶縁膜52は、第2側面31および第2底面32の双方に接する。ゲートランナー絶縁膜52は、第2底面32においてドリフト領域11と接する。ゲートランナー絶縁膜52は、第2側面31においてコンタクト領域15、ボディ領域12およびドリフト領域11の各々と接する。別の観点から言えば、ソース領域13は、ゲートランナートレンチ33から離間している。 Gate runner insulating film 52 is, for example, an oxide film. Gate runner insulating film 52 is made of a material containing, for example, silicon dioxide. The gate runner insulating film 52 contacts both the second side surface 31 and the second bottom surface 32 . Gate runner insulating film 52 contacts drift region 11 at second bottom surface 32 . Gate runner insulating film 52 is in contact with each of contact region 15 , body region 12 and drift region 11 on second side surface 31 . From another point of view, source region 13 is spaced from gate runner trench 33 .

第2ゲート電極42は、ゲートランナー絶縁膜52上に設けられている。第2ゲート電極42は、たとえば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられている。第2ゲート電極42を構成する材料は、たとえば第1ゲート電極41を構成する材料と同じである。第2ゲート電極42は、第1ゲート電極41と電気的に接続されている。第2ゲート電極42と第1ゲート電極41とは、一体として形成されていてもよいし、別体として形成されていてもよい。第2ゲート電極42は、第1ゲート電極41に直接連なっていてもよいし、別の導電体を介して第1ゲート電極41と電気的に接続されていてもよい。 The second gate electrode 42 is provided on the gate runner insulating film 52 . The second gate electrode 42 is made of polysilicon containing conductive impurities, for example. The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 . The material forming the second gate electrode 42 is the same as the material forming the first gate electrode 41, for example. The second gate electrode 42 is electrically connected to the first gate electrode 41 . The second gate electrode 42 and the first gate electrode 41 may be formed integrally or may be formed separately. The second gate electrode 42 may be directly connected to the first gate electrode 41 or may be electrically connected to the first gate electrode 41 via another conductor.

ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。ゲートランナー53を構成する材料は、第1ゲート電極41および第2ゲート電極42の各々を構成する材料とは異なっている。ゲートランナー53を構成する材料の電気伝導率は、第1ゲート電極41および第2ゲート電極42の各々を構成する材料の電気伝導率よりも高くてもよい。ゲートランナー53は、たとえばアルミニウムを含む材料により構成されている。 A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 . The material forming gate runner 53 is different from the material forming each of first gate electrode 41 and second gate electrode 42 . The electrical conductivity of the material forming gate runner 53 may be higher than the electrical conductivity of the material forming each of first gate electrode 41 and second gate electrode 42 . Gate runner 53 is made of a material containing, for example, aluminum.

ゲートランナー53の一部は、ゲートランナートレンチ33内に配置されていてもよい。ゲートランナー53は、たとえば第2底面32に対向して設けられている。ゲートランナー53の一部は、第2側面31に対向していてもよい。ゲートランナー53がゲートランナートレンチ33に入り込んでいる深さH3は、たとえば0.1μm以上2μm以下である。深さH3は、第2主面2に対して垂直な方向における第1主面1と境界との距離である。 A portion of gate runner 53 may be disposed within gate runner trench 33 . The gate runner 53 is provided facing the second bottom surface 32, for example. A portion of the gate runner 53 may face the second side surface 31 . Depth H3 at which gate runner 53 enters gate runner trench 33 is, for example, 0.1 μm or more and 2 μm or less. The depth H3 is the distance between the first principal surface 1 and the boundary in the direction perpendicular to the second principal surface 2 .

第2主面2に対して垂直な方向において、第2ゲート電極42とゲートランナー53との境界3は、第1主面1と第2主面2との間にあってもよい。特定的には、第2主面2に対して垂直な方向において、境界3は、第1主面1と第2底面32との間にある。境界3は、第1主面1に対して第2底面32側に位置している。ゲートランナー53は、境界3と反対側にある第4主面5を有している。 The boundary 3 between the second gate electrode 42 and the gate runner 53 may be between the first main surface 1 and the second main surface 2 in the direction perpendicular to the second main surface 2 . Specifically, the boundary 3 is between the first main surface 1 and the second bottom surface 32 in a direction perpendicular to the second main surface 2 . The boundary 3 is located on the second bottom surface 32 side with respect to the first main surface 1 . Gate runner 53 has a fourth major surface 5 opposite boundary 3 .

ゲートランナートレンチ33の深さH2は、ゲート電極トレンチ23の深さH1よりも大きくてもよい。ゲート電極トレンチ23の深さH1は、たとえば0.5μm以上2.5μm以下である。ゲートランナートレンチ33の深さH2は、たとえば0.5μm以上3.0μm以下である。 Depth H2 of gate runner trench 33 may be greater than depth H1 of gate electrode trench 23 . Depth H1 of gate electrode trench 23 is, for example, 0.5 μm or more and 2.5 μm or less. Depth H2 of gate runner trench 33 is, for example, 0.5 μm or more and 3.0 μm or less.

ゲートランナートレンチ33の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナートレンチ33の幅W2は、ゲート電極トレンチ23の延在方向に対して垂直な断面におけるゲート電極トレンチ23の幅W1よりも大きくてもよい。ゲート電極トレンチ23の幅W1は、たとえば0.25μm以上3.0μm以下である。ゲートランナートレンチ33の幅W2は、たとえば0.30μm以上1000μm以下である。なお、トレンチの延在方向とは、トレンチの底面に平行な方向であって、かつトレンチの側面に平行な方向である。 Width W2 of gate runner trench 33 in a cross section perpendicular to the extending direction of gate runner trench 33 is larger than width W1 of gate electrode trench 23 in a cross section perpendicular to the extending direction of gate electrode trench 23. good too. Width W1 of gate electrode trench 23 is, for example, 0.25 μm or more and 3.0 μm or less. Width W2 of gate runner trench 33 is, for example, 0.30 μm or more and 1000 μm or less. The extending direction of the trench is the direction parallel to the bottom surface of the trench and the side surface of the trench.

第2ゲート電極42の延在方向に対して垂直な断面における第2ゲート電極42の幅W3は、ゲートランナー53の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナー53の幅W4よりも大きくてもよい。第2ゲート電極42の幅W3は、たとえば0.30μm以上1000μm以下である。ゲートランナー53の幅W4は、たとえば0.4μm以上995μm以下である。なお、第2ゲート電極42の延在方向とは、第2ゲート電極42の長手方向である。ゲートランナー53の延在方法についても同様である。 A width W3 of the second gate electrode 42 in a cross section perpendicular to the extending direction of the second gate electrode 42 is larger than a width W4 of the gate runner 53 in a cross section perpendicular to the extending direction of the gate runner 53. good too. A width W3 of the second gate electrode 42 is, for example, 0.30 μm or more and 1000 μm or less. Width W4 of gate runner 53 is, for example, 0.4 μm or more and 995 μm or less. The extending direction of the second gate electrode 42 is the longitudinal direction of the second gate electrode 42 . The same applies to the extending method of the gate runners 53 .

第4不純物領域14は、たとえばゲートランナートレンチ33と第2主面2との間にある。具体的には、第4不純物領域14は、第2底面32と第2主面2との間にある。第4不純物領域14は、たとえばアルミニウム(Al)などのp型不純物を含み、p型(第2導電型)の導電型を有する。第4不純物領域14のp型不純物の濃度は、たとえば1×1016cm-3以上1×1019cm-3以下である。ゲートランナートレンチ33の延在方向に対して垂直な断面において、第4不純物領域14の幅は、第2底面32の幅W2よりも大きくてもよい。Fourth impurity region 14 is, for example, between gate runner trench 33 and second main surface 2 . Specifically, the fourth impurity region 14 is between the second bottom surface 32 and the second main surface 2 . Fourth impurity region 14 contains a p-type impurity such as aluminum (Al), and has p-type (second conductivity type) conductivity. The p-type impurity concentration of fourth impurity region 14 is, for example, 1×10 16 cm −3 or more and 1×10 19 cm −3 or less. In a cross section perpendicular to the extending direction of gate runner trench 33 , the width of fourth impurity region 14 may be larger than width W<b>2 of second bottom surface 32 .

第4不純物領域14は、ゲート電極トレンチ23の直下には配置されていなくてもよい。具体的には、第4不純物領域14は、第1底面22と第2主面2との間の領域には配置されていない。第1底面22と第2主面2との間の領域には、たとえばドリフト領域11が配置されている。当該ドリフト領域11は、たとえば第4不純物領域14に挟まれている。第4不純物領域14は、ソース電極26に電気的に接続されていてもよいし、フローティングであってもよい。 The fourth impurity region 14 does not have to be arranged directly under the gate electrode trench 23 . Specifically, fourth impurity region 14 is not arranged in a region between first bottom surface 22 and second main surface 2 . For example, drift region 11 is arranged in a region between first bottom surface 22 and second main surface 2 . Drift region 11 is sandwiched between, for example, fourth impurity regions 14 . The fourth impurity region 14 may be electrically connected to the source electrode 26 or may be floating.

ソース電極26は、たとえば第1主面1において、ソース領域13と、コンタクト領域15とに接する。ソース電極26は、コンタクト電極24と、ソースパッド25とを有する。ソース電極26は、第1主面1に設けられたソーストレンチ(図示せず)内に設けられており、ソーストレンチの壁面においてソース領域13と接していてもよい。ソースパッド25は、コンタクト電極24上にある。ソースパッド25は、ソース領域13と電気的に接続されている。コンタクト電極24は、第1主面1において、ソース領域13およびコンタクト領域15に接していてもよい。コンタクト電極24は、たとえばTiと、Alと、Siとを含む材料から構成されている。コンタクト電極24は、ソース領域13とオーミック接合している。コンタクト電極24は、コンタクト領域15とオーミック接合していてもよい。 Source electrode 26 is in contact with source region 13 and contact region 15 on, for example, first main surface 1 . Source electrode 26 has contact electrode 24 and source pad 25 . Source electrode 26 is provided in a source trench (not shown) provided in first main surface 1 and may be in contact with source region 13 on the wall surface of the source trench. A source pad 25 is on the contact electrode 24 . Source pad 25 is electrically connected to source region 13 . Contact electrode 24 may be in contact with source region 13 and contact region 15 on first main surface 1 . Contact electrode 24 is made of a material containing Ti, Al, and Si, for example. Contact electrode 24 is in ohmic contact with source region 13 . The contact electrode 24 may be in ohmic contact with the contact region 15 .

図1に示されるように、ゲートランナー53は、第2主面2に対面する第3主面7と、第3主面7と反対側の第4主面5とを含んでいる。ソースパッド25は、第2主面2に対面する第5主面6と、第5主面6と反対側の第6主面4とを含んでいる。第2主面2に対して垂直な方向において、第4主面5と第2主面2との距離H4は、第6主面4と第2主面2との距離H5よりも短くてもよい。別の観点から言えば、ゲートランナー53は、ソースパッド25よりも低くてもよい。 As shown in FIG. 1, the gate runner 53 includes a third major surface 7 facing the second major surface 2 and a fourth major surface 5 opposite the third major surface 7 . Source pad 25 includes a fifth main surface 6 facing second main surface 2 and a sixth main surface 4 opposite to fifth main surface 6 . In the direction perpendicular to the second principal surface 2, the distance H4 between the fourth principal surface 5 and the second principal surface 2 may be shorter than the distance H5 between the sixth principal surface 4 and the second principal surface 2. good. From another point of view, gate runner 53 may be lower than source pad 25 .

ドレイン電極60は、第2主面2に接する。ドレイン電極60は、第2主面2において炭化珪素単結晶基板16と接している。ドレイン電極60は、ドリフト領域11と電気的に接続されている。ドレイン電極60は、たとえばNiSiまたはTiAlSiを含む材料から構成されている。 Drain electrode 60 is in contact with second main surface 2 . Drain electrode 60 is in contact with silicon carbide single-crystal substrate 16 at second main surface 2 . Drain electrode 60 is electrically connected to drift region 11 . Drain electrode 60 is made of a material containing NiSi or TiAlSi, for example.

第1層間絶縁膜36は、たとえば第1ゲート電極41およびゲート絶縁膜51の各々上に設けられている。たとえば第1層間絶縁膜36は、第1ゲート電極41およびゲート絶縁膜51の各々に接している。第1層間絶縁膜36は、たとえば二酸化珪素を含む材料から構成されている。第1層間絶縁膜36は、たとえば第1ゲート電極41とソース電極26とを電気的に絶縁している。第1層間絶縁膜36は、たとえばソース電極26に覆われている。第1層間絶縁膜36の上面は、たとえばソースパッド25に接している。第1層間絶縁膜36の側面は、たとえばソースパッド25およびコンタクト電極24の各々に接している。 First interlayer insulating film 36 is provided, for example, on each of first gate electrode 41 and gate insulating film 51 . For example, first interlayer insulating film 36 is in contact with each of first gate electrode 41 and gate insulating film 51 . First interlayer insulating film 36 is made of, for example, a material containing silicon dioxide. The first interlayer insulating film 36 electrically insulates the first gate electrode 41 and the source electrode 26, for example. The first interlayer insulating film 36 is covered with the source electrode 26, for example. The upper surface of first interlayer insulating film 36 is in contact with source pad 25, for example. The side surface of first interlayer insulating film 36 is in contact with each of source pad 25 and contact electrode 24, for example.

第2層間絶縁膜38は、たとえばコンタクト領域15上に設けられている。第2層間絶縁膜38は、たとえば第1主面1においてコンタクト領域15に接している。第2層間絶縁膜38は、たとえば二酸化珪素を含む材料から構成されている。第2層間絶縁膜38は、たとえばゲートランナー53とソース電極26とを電気的に絶縁している。第2層間絶縁膜38の一部は、ゲートランナートレンチ33の一部に入り込み、第2ゲート電極42の上面に接していてもよい。第2層間絶縁膜38は、たとえばゲートランナー53とゲートランナー絶縁膜52とに接している。第2層間絶縁膜38の一部は、たとえばゲートランナー53とゲートランナー絶縁膜52との間に配置されていてもよい。 Second interlayer insulating film 38 is provided, for example, on contact region 15 . Second interlayer insulating film 38 is in contact with contact region 15 on first main surface 1, for example. Second interlayer insulating film 38 is made of, for example, a material containing silicon dioxide. The second interlayer insulating film 38 electrically insulates the gate runner 53 and the source electrode 26, for example. A portion of the second interlayer insulating film 38 may enter a portion of the gate runner trench 33 and be in contact with the upper surface of the second gate electrode 42 . The second interlayer insulating film 38 is in contact with the gate runner 53 and the gate runner insulating film 52, for example. A portion of the second interlayer insulating film 38 may be arranged, for example, between the gate runner 53 and the gate runner insulating film 52 .

パッシベーション層34は、ソース電極26と、ゲートランナー53と、第2層間絶縁膜38とを覆うように設けられている。パッシベーション層34は、ソース電極26、ゲートランナー53および第2層間絶縁膜38の各々に接している。パッシベーション層34は、たとえば窒化珪素(SiN)、二酸化珪素またはポリイミドなどの材料により構成されている。 Passivation layer 34 is provided to cover source electrode 26 , gate runner 53 , and second interlayer insulating film 38 . Passivation layer 34 is in contact with each of source electrode 26 , gate runner 53 and second interlayer insulating film 38 . Passivation layer 34 is made of a material such as silicon nitride (SiN), silicon dioxide, or polyimide.

図2に示されるように、第2主面2に対して垂直な方向から見て、ゲートパッド80は、たとえば長方形の形状を有している。ゲートランナー53は、たとえば第1ゲートランナー部81と、第2ゲートランナー部82と、第3ゲートランナー部83とを有している。図2に示されるように、第1ゲートランナー部81および第2ゲートランナー部82の各々は、たとえばL字型を有している。第1ゲートランナー部81は、ゲートパッド80の一端から、第1方向101に平行であって、かつゲートパッド80から離れる方向に延在する。第1ゲートランナー部81は、途中でほぼ90°折れ曲がり、第2方向102に平行な方向に延在する。第1方向101は、たとえば<11-20>方向である。第2方向102は、たとえば第1方向101に垂直な方向であり、かつ第2主面2に平行な方向である。第2方向102は、たとえば<1-100>方向である。 As shown in FIG. 2, gate pad 80 has, for example, a rectangular shape when viewed in a direction perpendicular to second main surface 2 . The gate runner 53 has, for example, a first gate runner portion 81 , a second gate runner portion 82 and a third gate runner portion 83 . As shown in FIG. 2, each of first gate runner portion 81 and second gate runner portion 82 has, for example, an L shape. The first gate runner portion 81 extends from one end of the gate pad 80 in a direction parallel to the first direction 101 and away from the gate pad 80 . The first gate runner portion 81 is bent at approximately 90° halfway and extends in a direction parallel to the second direction 102 . The first direction 101 is, for example, the <11-20> direction. The second direction 102 is, for example, a direction perpendicular to the first direction 101 and parallel to the second main surface 2 . The second direction 102 is, for example, the <1-100> direction.

第2ゲートランナー部82は、ゲートパッド80の他端から、第1方向101に平行であって、かつゲートパッド80から離れる方向に延在する。第2ゲートランナー部82は、途中でほぼ90°折れ曲がり、第2方向102に平行な方向に延在する。第2主面2に対して垂直な方向から見て、第3ゲートランナー部83は、細長い長方形の形状を有している。第3ゲートランナー部83は、第1ゲートランナー部81と、第2ゲートランナー部82との間に位置している。第3ゲートランナー部83は、たとえば第2方向102と平行な方向に延在している。 The second gate runner portion 82 extends from the other end of the gate pad 80 in a direction parallel to the first direction 101 and away from the gate pad 80 . The second gate runner portion 82 is bent at approximately 90° halfway and extends in a direction parallel to the second direction 102 . When viewed in a direction perpendicular to the second main surface 2, the third gate runner portion 83 has an elongated rectangular shape. The third gate runner portion 83 is positioned between the first gate runner portion 81 and the second gate runner portion 82 . The third gate runner portion 83 extends, for example, in a direction parallel to the second direction 102 .

図3は、図2の領域IIIにおけるゲート電極トレンチおよびゲートランナートレンチの構成を示す平面模式図である。図3に示されるように、ゲートランナートレンチ33は、たとえば第2方向102に平行な方向に延在している。ゲート電極トレンチ23は、たとえば第1方向101に平行な方向に延在している。ゲート電極トレンチ23は、ゲートランナートレンチ33の両側に位置していてもよい。ゲート電極トレンチ23は、ゲートランナートレンチ33に連なっている。 FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the gate electrode trenches and gate runner trenches in region III of FIG. As shown in FIG. 3, gate runner trenches 33 extend in a direction parallel to second direction 102, for example. Gate electrode trench 23 extends, for example, in a direction parallel to first direction 101 . The gate electrode trenches 23 may be positioned on both sides of the gate runner trenches 33 . The gate electrode trench 23 continues to the gate runner trench 33 .

図4に示されるように、ゲート電極トレンチ23の第1底面22は、ゲートランナートレンチ33の第2側面31に連なっていてもよい。ゲート絶縁膜51は、ゲートランナー絶縁膜52に連なっている。第1ゲート電極41は、第1底面22と第2側面31との境界において、第2ゲート電極42に連なっていてもよい。第2ゲート電極42上には、ゲートランナー53が配置されている。ゲートランナー53の一部は、たとえば第1ゲート電極41に接している。ゲートランナー53の一部は、第1ゲート電極41に乗り上げていてもよい。 As shown in FIG. 4 , the first bottom surface 22 of the gate electrode trench 23 may continue to the second side surface 31 of the gate runner trench 33 . The gate insulating film 51 continues to the gate runner insulating film 52 . The first gate electrode 41 may be continuous with the second gate electrode 42 at the boundary between the first bottom surface 22 and the second side surface 31 . A gate runner 53 is arranged on the second gate electrode 42 . A portion of gate runner 53 is in contact with, for example, first gate electrode 41 . A portion of the gate runner 53 may run over the first gate electrode 41 .

図4に示されるように、ゲートランナー53の一部は、第1底面22に対向して配置されていてもよい。ゲートランナー53は、第1底面22と第2側面31との境界上に配置されていてもよい。ゲートランナー53は、第1層間絶縁膜36に接していてもよい。ゲートランナー53の一部は、第1ゲート電極41とパッシベーション層34とに挟まれていてもよい。 As shown in FIG. 4, a portion of the gate runners 53 may be arranged to face the first bottom surface 22 . The gate runner 53 may be arranged on the boundary between the first bottom surface 22 and the second side surface 31 . The gate runner 53 may be in contact with the first interlayer insulating film 36 . A portion of the gate runner 53 may be sandwiched between the first gate electrode 41 and the passivation layer 34 .

図5に示されるように、本実施形態に係るMOSFET100は、第1絶縁層39と、第2絶縁層37と、接続ゲート電極43とをさらに有していてもよい。第1絶縁層39は、第1主面1上に設けられている。第1絶縁層39は、たとえば第1主面1において、ボディ領域12と接していてもよい。第1絶縁層39は、たとえばゲートランナー絶縁膜52に接している。第2絶縁層37は、第1絶縁層39上に設けられている。第2絶縁層37は、ボディ領域12に対向して設けられていてもよい。接続ゲート電極43は、たとえば第2ゲート電極42に連なっている。接続ゲート電極43の一部は、たとえば第1絶縁層39に乗り上げている。接続ゲート電極43は、たとえば第2ゲート電極42と同じ材料により構成されている。 As shown in FIG. 5, the MOSFET 100 according to this embodiment may further include a first insulating layer 39, a second insulating layer 37, and a connection gate electrode 43. As shown in FIG. The first insulating layer 39 is provided on the first main surface 1 . First insulating layer 39 may be in contact with body region 12 , for example, on first main surface 1 . The first insulating layer 39 is in contact with the gate runner insulating film 52, for example. The second insulating layer 37 is provided on the first insulating layer 39 . The second insulating layer 37 may be provided facing the body region 12 . The connection gate electrode 43 continues to the second gate electrode 42, for example. A portion of the connection gate electrode 43 runs over the first insulating layer 39, for example. The connection gate electrode 43 is made of the same material as the second gate electrode 42, for example.

第2絶縁層37の一部は、たとえば接続ゲート電極43上に乗り上げていてもよい。接続ゲート電極43の一部は、たとえば第1絶縁層39と第2絶縁層37とに挟まれていてもよい。ゲートランナー53の一部は、接続ゲート電極43に乗り上げていてもよい。ゲートランナー53は、接続ゲート電極43上において、ゲートパッド80と連なっていてもよい。ゲートパッド80は、第2絶縁層37上に設けられている。ゲートパッド80は、接続ゲート電極43に接していてもよい。ゲートパッド80は、ボディ領域12に対向して設けられていてもよい。ゲートパッド80は、第4不純物領域14に対向して設けられていてもよい。 A portion of the second insulating layer 37 may run over the connection gate electrode 43 , for example. A portion of connection gate electrode 43 may be sandwiched between, for example, first insulating layer 39 and second insulating layer 37 . A portion of the gate runner 53 may run over the connection gate electrode 43 . The gate runner 53 may be continuous with the gate pad 80 on the connection gate electrode 43 . A gate pad 80 is provided on the second insulating layer 37 . Gate pad 80 may be in contact with connection gate electrode 43 . Gate pad 80 may be provided to face body region 12 . The gate pad 80 may be provided facing the fourth impurity region 14 .

次に、第1実施形態に係るMOSFET100の作用効果について説明する。
第1実施形態に係るMOSFET100においては、第1主面1には、ゲート電極トレンチ23と、ゲートランナートレンチ33とが設けられている。ゲート電極トレンチ23は、側面21と、側面21に連なる底面22とにより規定されている。ゲート絶縁膜51は、側面21および底面22の双方に接する。第1ゲート電極41は、ゲート絶縁膜51上に設けられている。第2ゲート電極42は、ゲートランナートレンチ33内に設けられ、かつ第1ゲート電極41と電気的に接続されている。ゲートランナー53は、第2ゲート電極42上に設けられている。これにより、第1主面1にゲートランナートレンチ33が設けられていない場合と比較して、ゲートランナー53の高さを低くすることができる。そのため、たとえばワイヤーなどの外部配線をソースパッド25に接続する際に、外部配線がゲートランナー53に接触して、ゲートランナー53に衝撃が加えられる可能性を低減することができる。結果として、ゲートランナー53に亀裂が生じることを抑制することができる。
Next, functions and effects of the MOSFET 100 according to the first embodiment will be described.
In the MOSFET 100 according to the first embodiment, a gate electrode trench 23 and a gate runner trench 33 are provided on the first main surface 1 . The gate electrode trench 23 is defined by a side surface 21 and a bottom surface 22 continuous with the side surface 21 . Gate insulating film 51 is in contact with both side surface 21 and bottom surface 22 . The first gate electrode 41 is provided on the gate insulating film 51 . The second gate electrode 42 is provided inside the gate runner trench 33 and electrically connected to the first gate electrode 41 . A gate runner 53 is provided on the second gate electrode 42 . Thereby, the height of the gate runners 53 can be reduced compared to the case where the gate runner trenches 33 are not provided in the first main surface 1 . Therefore, when an external wiring such as a wire is connected to source pad 25 , the possibility that the external wiring contacts gate runner 53 and impacts gate runner 53 can be reduced. As a result, cracks in the gate runners 53 can be suppressed.

また第1実施形態に係るMOSFET100によれば、第2主面2に対して垂直な方向において、第2ゲート電極42とゲートランナー53との境界は、第1主面1と第2主面2との間にあってもよい。これにより、ゲートランナー53の高さをさらに低減することができる。そのため、ゲートランナー53に亀裂が生じることをさらに抑制することができる。 Further, according to the MOSFET 100 according to the first embodiment, the boundary between the second gate electrode 42 and the gate runner 53 in the direction perpendicular to the second main surface 2 is the first main surface 1 and the second main surface 2 may be between Thereby, the height of the gate runner 53 can be further reduced. Therefore, cracks in the gate runners 53 can be further suppressed.

さらに第1実施形態に係るMOSFET100によれば、炭化珪素基板10は、ゲートランナートレンチ33と第2主面2との間にあり、かつ第2導電型を有する第4不純物領域14を含んでいてもよい。これにより、ゲートランナー絶縁膜52に電界が集中することを抑制することができる。そのため、ゲートランナー絶縁膜52が破壊されることを抑制することができる。 Furthermore, according to the MOSFET 100 according to the first embodiment, the silicon carbide substrate 10 is between the gate runner trench 33 and the second main surface 2 and includes the fourth impurity region 14 having the second conductivity type. good too. Thereby, concentration of an electric field on the gate runner insulating film 52 can be suppressed. Therefore, breakage of the gate runner insulating film 52 can be suppressed.

さらに第1実施形態に係るMOSFET100によれば、第2ゲート電極42の延在方向に対して垂直な断面における第2ゲート電極42の幅は、ゲートランナー53の延在方向に対して垂直な断面におけるゲートランナー53の幅よりも大きくてもよい。第2ゲート電極42の幅がゲートランナー53の幅と同じ場合、位置決めの誤差が大きいと、ゲートランナー53がゲートランナートレンチ33の外部にはみ出て第1主面1に乗り上げるおそれがある。第2ゲート電極42の幅をゲートランナー53の幅よりも大きくすることにより、位置決めの誤差がある程度大きい場合であっても、ゲートランナー53をゲートランナートレンチ33の内部に配置して、ゲートランナー53が第1主面1に乗り上げることを防止することができる。結果として、位置決めの誤差がある程度大きい場合であっても、ゲートランナー53の高さを低減することができる。 Furthermore, according to the MOSFET 100 according to the first embodiment, the width of the second gate electrode 42 in the cross section perpendicular to the extending direction of the second gate electrode 42 is may be larger than the width of the gate runner 53 at . If the width of the second gate electrode 42 is the same as the width of the gate runner 53, the gate runner 53 may protrude outside the gate runner trench 33 and ride on the first main surface 1 if the positioning error is large. By making the width of the second gate electrode 42 larger than the width of the gate runner 53, the gate runner 53 can be arranged inside the gate runner trench 33 even if the positioning error is large to some extent. can be prevented from running on the first main surface 1. As a result, even if the positioning error is large to some extent, the height of the gate runner 53 can be reduced.

さらに第1実施形態に係るMOSFET100によれば、第2不純物領域13と電気的に接続されているソースパッド25をさらに有している。ゲートランナー53は、第2主面2に対面する第3主面7と、第3主面7と反対側の第4主面5とを含んでいる。ソースパッド25は、第2主面2に対面する第5主面6と、第5主面6と反対側の第6主面4とを含んでいる。第2主面2に対して垂直な方向において、第4主面5と第2主面2との距離は、第6主面4と第2主面2との距離よりも短い。これにより、ゲートランナー53をソースパッド25よりも低くすることができる。そのため、たとえばワイヤーなどの外部配線をソースパッド25に接続する際に、外部配線がゲートランナー53に接触して、ゲートランナー53に衝撃が加えられる可能性をさらに低減することができる。結果として、ゲートランナー53に亀裂が生じることをさらに抑制することができる。 Furthermore, the MOSFET 100 according to the first embodiment further has the source pad 25 electrically connected to the second impurity region 13 . Gate runner 53 includes a third major surface 7 facing second major surface 2 and a fourth major surface 5 opposite to third major surface 7 . Source pad 25 includes a fifth main surface 6 facing second main surface 2 and a sixth main surface 4 opposite to fifth main surface 6 . In the direction perpendicular to the second principal surface 2 , the distance between the fourth principal surface 5 and the second principal surface 2 is shorter than the distance between the sixth principal surface 4 and the second principal surface 2 . This allows the gate runner 53 to be lower than the source pad 25 . Therefore, when an external wiring such as a wire is connected to source pad 25 , the possibility that the external wiring contacts gate runner 53 and impacts gate runner 53 can be further reduced. As a result, cracks in the gate runners 53 can be further suppressed.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係るMOSFET100の構成について説明する。第2実施形態に係るMOSFET100は、第4不純物領域14がゲートランナートレンチ33に接している構成において、第1実施形態に係るMOSFET100と異なっており、その他の構成については、第1実施形態に係るMOSFET100とほぼ同じである。以下、第1実施形態に係るMOSFET100と異なる構成を中心に説明する。
(Second embodiment)
Next, the configuration of the MOSFET 100 according to the second embodiment will be described. The MOSFET 100 according to the second embodiment differs from the MOSFET 100 according to the first embodiment in the configuration in which the fourth impurity region 14 is in contact with the gate runner trench 33, and other configurations are the same as those in the first embodiment. It is almost the same as MOSFET100. The following description focuses on the configuration different from that of the MOSFET 100 according to the first embodiment.

図6に示されるように、第4不純物領域14は、ゲートランナートレンチ33に接していてもよい。具体的には、ゲートランナートレンチ33の一部は、第4不純物領域14内に埋め込まれている。ゲートランナートレンチ33の第2底面32は、第4不純物領域14に接している。ゲートランナートレンチ33の第2側面31の一部は、第4不純物領域14に接している。別の観点から言えば、ゲートランナー絶縁膜52は、第2底面32において、第4不純物領域14に接している。ゲートランナー絶縁膜52は、第2側面31の一部において、第4不純物領域14に接している。第2底面32は、第4不純物領域14により構成されている。第2側面31は、第4不純物領域14と、ドリフト領域11と、ボディ領域12と、コンタクト領域15とにより構成されている。 As shown in FIG. 6 , the fourth impurity region 14 may be in contact with the gate runner trench 33 . Specifically, part of the gate runner trench 33 is embedded in the fourth impurity region 14 . A second bottom surface 32 of the gate runner trench 33 is in contact with the fourth impurity region 14 . A portion of the second side surface 31 of the gate runner trench 33 is in contact with the fourth impurity region 14 . From another point of view, the gate runner insulating film 52 is in contact with the fourth impurity region 14 at the second bottom surface 32 . The gate runner insulating film 52 is in contact with the fourth impurity region 14 on part of the second side surface 31 . The second bottom surface 32 is composed of the fourth impurity region 14 . Second side surface 31 is composed of fourth impurity region 14 , drift region 11 , body region 12 , and contact region 15 .

第2実施形態に係るMOSFET100によれば、第4不純物領域14は、ゲートランナートレンチ33に接している。これにより、ゲートランナー絶縁膜52に電界が集中することをさらに抑制することができる。そのため、ゲートランナー絶縁膜52が破壊されることをさらに抑制することができる。 According to the MOSFET 100 according to the second embodiment, the fourth impurity regions 14 are in contact with the gate runner trenches 33 . As a result, concentration of the electric field on the gate runner insulating film 52 can be further suppressed. Therefore, breakage of the gate runner insulating film 52 can be further suppressed.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係るMOSFET100の構成について説明する。第3実施形態に係るMOSFET100は、第5不純物領域18がボディ領域12上に設けられている構成において、第1実施形態に係るMOSFET100と異なっており、その他の構成については、第1実施形態に係るMOSFET100とほぼ同じである。以下、第1実施形態に係るMOSFET100と異なる構成を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the MOSFET 100 according to the third embodiment will be explained. The MOSFET 100 according to the third embodiment differs from the MOSFET 100 according to the first embodiment in that the fifth impurity region 18 is provided on the body region 12. Other configurations are the same as those in the first embodiment. It is substantially the same as the MOSFET 100 concerned. The following description focuses on the configuration different from that of the MOSFET 100 according to the first embodiment.

図7に示されるように、炭化珪素基板10は、第5不純物領域18をさらに有していてもよい。第5不純物領域18は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。第5不純物領域18のp型不純物の濃度は、たとえばボディ領域12のp型不純物の濃度よりも高い。第5不純物領域18は、第1主面1の一部を構成する。第5不純物領域18のp型不純物の濃度は、コンタクト領域15のp型不純物濃度と同じであってもよい。第5不純物領域18は、たとえばボディ領域12と第1絶縁層39との間に位置する。 As shown in FIG. 7 , silicon carbide substrate 10 may further have fifth impurity region 18 . Fifth impurity region 18 contains a p-type impurity such as aluminum, and has p-type conductivity. The concentration of p-type impurities in fifth impurity region 18 is higher than the concentration of p-type impurities in body region 12, for example. Fifth impurity region 18 forms part of first main surface 1 . The p-type impurity concentration of the fifth impurity region 18 may be the same as the p-type impurity concentration of the contact region 15 . Fifth impurity region 18 is located, for example, between body region 12 and first insulating layer 39 .

第5不純物領域18は、たとえばゲートランナートレンチ33の第2側面31に接している。別の観点から言えば、第2側面31の一部は、第5不純物領域18により構成されていてもよい。第5不純物領域18は、ゲートパッド80に対向して配置されていてもよい。第1主面1に対して垂直な方向において、第1絶縁層39は、第5不純物領域18と接続ゲート電極43との間に位置していてもよい。第2側面31に対して垂直な方向において、ゲートランナー絶縁膜52は、第5不純物領域18と、接続ゲート電極43との間に位置していてもよい。 Fifth impurity region 18 is in contact with, for example, second side surface 31 of gate runner trench 33 . From another point of view, part of the second side surface 31 may be configured by the fifth impurity region 18 . The fifth impurity region 18 may be arranged facing the gate pad 80 . First insulating layer 39 may be located between fifth impurity region 18 and connection gate electrode 43 in the direction perpendicular to first main surface 1 . The gate runner insulating film 52 may be positioned between the fifth impurity region 18 and the connection gate electrode 43 in the direction perpendicular to the second side surface 31 .

第3実施形態に係るMOSFET100によれば、第5不純物領域18は、ボディ領域12と第1絶縁層39との間に位置している。これにより、第1絶縁層39に電界が集中することを抑制することができる。そのため、第1絶縁層39が破壊されることを抑制することができる。 According to the MOSFET 100 according to the third embodiment, the fifth impurity region 18 is positioned between the body region 12 and the first insulating layer 39 . As a result, concentration of the electric field on the first insulating layer 39 can be suppressed. Therefore, breakage of the first insulating layer 39 can be suppressed.

なお上記各実施の形態では、n型を第1導電型とし、かつp型を第2導電型して説明したが、p型を第1導電型とし、かつn型を第2導電型としてもよい。また上記実施の形態では、炭化珪素半導体装置としてMOSFET100を例に挙げて説明したが、炭化珪素半導体装置は、たとえばIGBTなどであってもよい。さらに上記各不純物領域におけるp型不純物の濃度およびn型不純物の濃度は、たとえばSCM(Scanning Capacitance Microscope)またはSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)などにより測定可能である。またp型領域とn型領域との境界面(つまりPN界面)の位置は、たとえばSCMまたはSIMSなどにより特定することができる。 In each of the above embodiments, the n-type is assumed to be the first conductivity type and the p-type is assumed to be the second conductivity type. good. Further, in the above embodiments, MOSFET 100 is described as an example of the silicon carbide semiconductor device, but the silicon carbide semiconductor device may be an IGBT, for example. Further, the p-type impurity concentration and the n-type impurity concentration in each impurity region can be measured by, for example, SCM (Scanning Capacitance Microscope) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). Also, the position of the interface between the p-type region and the n-type region (that is, the PN interface) can be specified by SCM or SIMS, for example.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

1 第1主面、2 第2主面、3 境界、4 第6主面、5 第4主面、6 第5主面、7 第3主面、10 炭化珪素基板、11 ドリフト領域(第1不純物領域)、12 ボディ領域(第2不純物領域)、13 ソース領域(第3不純物領域)、14 第4不純物領域、15 コンタクト領域、16 炭化珪素単結晶基板、17 炭化珪素エピタキシャル層、18 第5不純物領域、21 側面(第1側面)、22 底面(第1底面)、23 ゲート電極トレンチ、24 コンタクト電極、25 ソースパッド、26 第1電極(ソース電極)、31 第2側面、32 第2底面、33 ゲートランナートレンチ、34 パッシベーション層、36 第1層間絶縁膜、37 第2絶縁層、38 第2層間絶縁膜、39 第1絶縁層、41 第1ゲート電極、42 第2ゲート電極、43 接続ゲート電極、51 ゲート絶縁膜、52 ゲートランナー絶縁膜、53 ゲートランナー、60 第2電極(ドレイン電極)、80 ゲートパッド、81 第1ゲートランナー部、82 第2ゲートランナー部、83 第3ゲートランナー部、100 MOSFET(炭化珪素半導体装置)、101 第1方向、102 第2方向。 1 first principal surface, 2 second principal surface, 3 boundary, 4 sixth principal surface, 5 fourth principal surface, 6 fifth principal surface, 7 third principal surface, 10 silicon carbide substrate, 11 drift region (first impurity region), 12 body region (second impurity region), 13 source region (third impurity region), 14 fourth impurity region, 15 contact region, 16 silicon carbide single crystal substrate, 17 silicon carbide epitaxial layer, 18 fifth fifth Impurity region 21 side surface (first side surface) 22 bottom surface (first bottom surface) 23 gate electrode trench 24 contact electrode 25 source pad 26 first electrode (source electrode) 31 second side surface 32 second bottom surface , 33 gate runner trench, 34 passivation layer, 36 first interlayer insulating film, 37 second insulating layer, 38 second interlayer insulating film, 39 first insulating layer, 41 first gate electrode, 42 second gate electrode, 43 connection Gate electrode 51 Gate insulating film 52 Gate runner insulating film 53 Gate runner 60 Second electrode (drain electrode) 80 Gate pad 81 First gate runner part 82 Second gate runner part 83 Third gate runner part, 100 MOSFET (silicon carbide semiconductor device), 101 first direction, 102 second direction.

Claims (9)

第1主面と、前記第1主面の反対側の第2主面とを有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、第1導電型を有する第1不純物領域と、前記第1不純物領域上に設けられ、前記第1導電型と異なる第2導電型を有する第2不純物領域と、前記第1不純物領域から隔てられるように前記第2不純物領域上に設けられ、かつ前記第1導電型を有する第3不純物領域とを含み、
前記第1主面には、ゲート電極トレンチと、ゲートランナートレンチとが設けられており、
前記ゲート電極トレンチは、側面と、前記側面に連なる底面とにより規定されており、
前記側面は、前記第1不純物領域と、前記第2不純物領域と、前記第3不純物領域とにより構成されており、
前記底面は、前記第1不純物領域により構成されており、さらに、
前記側面および前記底面の双方に接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられた第1ゲート電極と、
前記ゲートランナートレンチ内に設けられ、かつ前記第1ゲート電極と電気的に接続されている第2ゲート電極と、
前記第1主面において、前記第3不純物領域に接する第1電極と、
前記第2主面に接する第2電極と、
前記第2ゲート電極上に設けられたゲートランナーとを備え、
前記ゲートランナートレンチの深さは、前記ゲート電極トレンチの深さよりも大きい、炭化珪素半導体装置。
a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
The silicon carbide substrate includes: a first impurity region having a first conductivity type; a second impurity region provided on the first impurity region and having a second conductivity type different from the first conductivity type; a third impurity region provided on the second impurity region so as to be separated from the impurity region and having the first conductivity type;
A gate electrode trench and a gate runner trench are provided on the first main surface,
the gate electrode trench is defined by a side surface and a bottom surface continuous with the side surface;
the side surface is composed of the first impurity region, the second impurity region, and the third impurity region;
The bottom surface is configured by the first impurity region, and
a gate insulating film in contact with both the side surface and the bottom surface;
a first gate electrode provided on the gate insulating film;
a second gate electrode provided in the gate runner trench and electrically connected to the first gate electrode;
a first electrode in contact with the third impurity region on the first main surface;
a second electrode in contact with the second main surface;
a gate runner provided on the second gate electrode ;
The silicon carbide semiconductor device , wherein the depth of the gate runner trench is greater than the depth of the gate electrode trench .
前記第2主面に対して垂直な方向において、前記第2ゲート電極と前記ゲートランナーとの境界は、前記第1主面と前記第2主面との間にある、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 2. The method according to claim 1, wherein a boundary between said second gate electrode and said gate runner is between said first main surface and said second main surface in a direction perpendicular to said second main surface. Silicon carbide semiconductor device. 前記炭化珪素基板は、前記ゲートランナートレンチと前記第2主面との間にあり、かつ前記第2導電型を有する第4不純物領域を含む、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 3. The silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein said silicon carbide substrate is between said gate runner trench and said second main surface and includes a fourth impurity region having said second conductivity type. Device. 前記第4不純物領域は、前記ゲートランナートレンチに接している、請求項に記載の炭化珪素半導体装置。 4. The silicon carbide semiconductor device according to claim 3 , wherein said fourth impurity region is in contact with said gate runner trench. 前記第3不純物領域は、前記ゲートランナートレンチから離間している、請求項1~請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 5. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , wherein said third impurity region is separated from said gate runner trench. 前記ゲートランナートレンチの延在方向に対して垂直な断面における前記ゲートランナートレンチの幅は、前記ゲート電極トレンチの延在方向に対して垂直な断面における前記ゲート電極トレンチの幅よりも大きい、請求項1~請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 3. The width of the gate runner trench in a cross section perpendicular to the extending direction of the gate runner trench is larger than the width of the gate electrode trench in the cross section perpendicular to the extending direction of the gate electrode trench. The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 . 前記第2ゲート電極の延在方向に対して垂直な断面における前記第2ゲート電極の幅は、前記ゲートランナーの延在方向に対して垂直な断面における前記ゲートランナーの幅よりも大きい、請求項1~請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 3. The width of said second gate electrode in a cross section perpendicular to the extending direction of said second gate electrode is larger than the width of said gate runner in a cross section perpendicular to said extending direction of said gate runner. The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 . 前記第2不純物領域と電気的に接続されているソースパッドをさらに備え、
前記ゲートランナーは、前記第2主面に対面する第3主面と、前記第3主面と反対側の第4主面とを含み、
前記ソースパッドは、前記第2主面に対面する第5主面と、前記第5主面と反対側の第6主面とを含み、
前記第2主面に対して垂直な方向において、前記第4主面と前記第2主面との距離は、前記第6主面と前記第2主面との距離よりも短い、請求項1~請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
further comprising a source pad electrically connected to the second impurity region;
The gate runner includes a third main surface facing the second main surface and a fourth main surface opposite to the third main surface,
the source pad includes a fifth main surface facing the second main surface and a sixth main surface opposite to the fifth main surface;
2. The distance between the fourth main surface and the second main surface is shorter than the distance between the sixth main surface and the second main surface in a direction perpendicular to the second main surface. 8. The silicon carbide semiconductor device according to claim 7 .
前記第2主面に対して垂直な方向において、前記第2ゲート電極と前記ゲートランナーとの境界は、前記第1主面と前記第2主面との間にあり、
前記炭化珪素基板は、前記ゲートランナートレンチと前記第2主面との間にあり、かつ前記第2導電型を有する第4不純物領域を含み、
前記第2ゲート電極の延在方向に対して垂直な断面における前記第2ゲート電極の幅は、前記ゲートランナーの延在方向に対して垂直な断面における前記ゲートランナーの幅よりも大きく、
前記第2不純物領域と電気的に接続されているソースパッドをさらに備え、
前記ゲートランナーは、前記第2主面に対面する第3主面と、前記第3主面と反対側の第4主面とを含み、
前記ソースパッドは、前記第2主面に対面する第5主面と、前記第5主面と反対側の第6主面とを含み、
前記第2主面に対して垂直な方向において、前記第4主面と前記第2主面との距離は、前記第6主面と前記第2主面との距離よりも短い、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
a boundary between the second gate electrode and the gate runner is between the first main surface and the second main surface in a direction perpendicular to the second main surface;
the silicon carbide substrate includes a fourth impurity region having the second conductivity type between the gate runner trench and the second main surface,
the width of the second gate electrode in a cross section perpendicular to the extending direction of the second gate electrode is larger than the width of the gate runner in a cross section perpendicular to the extending direction of the gate runner;
further comprising a source pad electrically connected to the second impurity region;
The gate runner includes a third main surface facing the second main surface and a fourth main surface opposite to the third main surface,
the source pad includes a fifth main surface facing the second main surface and a sixth main surface opposite to the fifth main surface;
2. The distance between the fourth main surface and the second main surface is shorter than the distance between the sixth main surface and the second main surface in a direction perpendicular to the second main surface. The silicon carbide semiconductor device according to 1.
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